Коллаборативные роботы

Коллаборативные роботы уже несколько лет показывают самые высокие темпы роста в промышленной автоматизации, а по данным отчёта IFR за 2023 год на долю коботов приходится 9 % всех установленных промышленных манипуляторов. В металлообрабатывающем секторе они закрывают как минимум три хронические проблемы — дефицит операторов, необходимость гибкого переналадочного производства и жёсткие требования к стабильности качества. В отличие от классических шестиосевых роботов, коботы из-за сниженной массы и встроенных датчиков крутящего момента монтируются прямо к станине токарного или фрезерного центра без массивных ограждений, поэтому площадь участка сокращается до 30 %.

Сфера применения

Практика российских предприятий показывает, что 80 % задач для коботов в металлообработке сводятся к обслуживанию ЧПУ-станков, отделке поверхности или сборке корпусных изделий. При работе в ячейке с обрабатывающим центром робот выполняет цикл «открыть дверцу — выгрузить деталь — сдув стружки — загрузить заготовку — закрыть дверцу» менее чем за 20 с, тем самым уравнивая фактическое время резания с паспортным.

Перед перечислением ключевых процессов стоит подчеркнуть, что кобот остаётся универсальным инструментом, поэтому после переналадки он так же успешно решает вспомогательные операции шлифовки и маркировки.
— загрузка и выгрузка деталей из токарных и фрезерных обрабатывающих центров
— зачистка литейных заусенцев и автоматическое шлифование сварных швов
— прецизионная сборка редукторов и актуаторов с контролем момента
— визуальный контроль геометрии через камеру высокого разрешения

На практике смена оснастки осуществляется за пять минут, что критично при мелкосерийных заказах. Благодаря этому кобот остаётся загруженным более 85 % времени смены.

Технологические особенности

Современные коллаборативные роботы используют абсолютизированную систему приводов с полым валом, что повышает жёсткость кисти и упрощает прокладку пневматических и электрических коммуникаций внутри манипулятора. Дополнительно производители встраивают силомоментные датчики в каждый редуктор, и при контакте с человеком робот реагирует за 0,01 с, ограничивая остаточное усилие до 150 Н — порог, установленный ГОСТ ISO/TS 15066-2019.

Наличие открытых протоколов URScript, CRX-API или FANUC FSU упрощает прямое подключение к Siemens Sinumerik и Heidenhain. Это позволяет выстроить единое поле данных и видеть загрузку ячейки в MES-системе предприятия, что важно при пооперационной калькуляции себестоимости.

Экономический эффект

Суммарная стоимость владения коботом включает покупную цену, комплект захватов, программное обеспечение и энергию. При трёхсменной работе загрузка/выгрузка деталей окупает инвестицию в среднем за 11,2 месяца, а при добавлении второй операции (дебюрринг) срок сокращается до 8 месяцев. Для сравнения классический промышленный робот в аналогичной конфигурации окупается не ранее 18 месяцев из-за затрат на ограждения и внешнюю систему безопасности.

Перед тем как перейти к техническим критериям выбора, стоит заметить, что большинство предприятий используют модель лизинга, что снижает начальную нагрузку на бюджет.

Критерии выбора

Грузоподъёмность

Паспортная грузоподъёмность коботов для металлообработки колеблется от 3 кг до 20 кг. Инженеры рекомендуют закладывать запас 25 %, чтобы учесть массу переходной плиты и пневмозахвата. При превышении нагрузки у робота падает динамика, а время цикла удлиняется до 15 %.

Радиус и компактность

Длина руки 900-1300 мм закрывает большинство вертикальных обрабатывающих центров с рабочим столом до 600 мм. Чем короче плечо, тем выше повторяемость позиционирования и меньше инерция. Для токарных станков с загрузкой через переднюю дверцу часто достаточно радиуса 800 мм.

Интерфейсы и ПО

Поддержка протоколов ProfiNet, Modbus TCP и Ethernet/IP становится обязательной, так как именно через них организуют связь с ЧПУ. Чем шире пакет встроенных функций машинного зрения, тем меньше внешних контроллеров понадобится для сортировки заготовок произвольной ориентации.

Интеграция на предприятие

Этапы внедрения

Сначала проводится проверка траекторий виртуально в Offline-среде, дальше создаётся инженерный образец со всеми захватами и только после пилотного выпуска партия из пяти роботов ставится на линию. Такой каскад снижает риск простоя станочного парка до статистически незначимого уровня — менее 0,5 %.

Безопасность и нормативы

В России действует свод правил СП 518.1325800.2020, который дублирует требования ISO 10218 и ISO/TS 15066. Для коботов достаточно ввести режим безопасного останова STO и ограничение скорости до 250 мм/с при работе в одном пространстве с человеком. Дополнительный сканер зоны иногда нужен только на отражающих поверхностях или там, где деталь весит более 10 кг.

Сравнение популярных серий

Перед сравнением стоит уточнить, что все приведённые данные взяты из открытых паспортов производителей и протоколов испытаний на российских площадках.

• лёгкие модели до 5 кг: скоростной цикл Pick & Place 0,4 с, рекомендуются для загрузки лазерных маркеров и малых обрабатывающих центров
• средний класс 6-12 кг: оптимальное соотношение радиуса 950 мм и нагрузки 10 кг, востребованы в автоматизации гибочных прессов
• высокие нагрузки 16-20 кг: рассчитаны на штабелирование заготовок и обслуживание пятиосевых фрезерных центров с весом детали до 12 кг

После выбора класса остаётся только уточнить совместимость захватов со стандартом ISO 9409-1-50-4-M6.

Итоги и преимущества брендов

По совокупности параметров коботы Universal Robots, Fanuc CRX и Yaskawa HC обеспечивают наибольшую библиотеку готовых плагинов для систем ЧПУ, а это напрямую влияет на скорость запуска и стоимость интеграции. Предприятия малого и среднего машиностроения выбирают их за низкий входной порог и возможность переставлять робота между участками без перекалибровки, тогда как крупные заводы ценят расширенные функции безопасного ограничения силы и встроенную диагностику по OPC-UA, которая упрощает переход к концепции цифрового цеха.